【文章內(nèi)容簡介】 儲器兩個(gè)部分。 系統(tǒng)存儲器用來存放由 PLC 生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM內(nèi)，用戶不能更改，它使 PLC 具有基本的功能，能夠完成 PLC 設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作 。系統(tǒng)程序主要包括三個(gè)部分：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用管理程序。用戶存儲器包括用戶程序存儲器和用戶數(shù)據(jù)寄存器兩個(gè)部分。用戶程序存儲器來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的 PLC 編程語言編寫的應(yīng)用程序。用戶數(shù)據(jù)存儲器可以用來存放用戶程序中所使用器件的 ON/OFF 狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。用戶存儲器的大小關(guān)系到用戶程序容量的大小，是反應(yīng) PLC 性能的重要指標(biāo)之一。 三、 輸入 /輸出 單元 PLC 的輸入 /輸出信號類型可以是開關(guān)量、模擬量。輸入 /輸出接口單元可以分為兩個(gè)部分：一部分是與被控設(shè)備 相連的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。 四、 電源部分 PLC 一般使用 220V 的交流電源或是 24V 的直流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲器等電路提供 5V、 24V 等直流電源，整體式的小型 PLC 還提供一定容量的直流 24V 電源，供外部有源傳感器使用。PLC 所采用的開關(guān)電源輸入電壓范圍寬、體積小、效率高、抗干擾能力強(qiáng)。 的 工作原理 當(dāng) PLC 上電后，處于正常運(yùn)行時(shí)，他將不斷重復(fù)掃描過程，并不斷循環(huán)重復(fù)下去。這個(gè)過程主要分為三個(gè)階段即，輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段 ，這三個(gè)階段是 PLC 工作過程的中心內(nèi)容，也是 PLC 工作原 13 理的實(shí)質(zhì)所在。 電 源 O N內(nèi) 部 處 理輸 入 處 理 （ 輸 入 傳 送 、 遠(yuǎn) 程 I / O ）通 信 服 務(wù) （ 外 設(shè) 、 C P U 、 總 線 服 務(wù) ）更 新 時(shí) 鐘 、 特 殊 寄 存 器C P U 運(yùn) 行 方 式執(zhí) 行 程 序輸 出 處 理執(zhí) 行 自 診 斷P L C 正 常 否 ？存 放 自 診 斷 錯(cuò) 誤 結(jié) 果致 命 錯(cuò) 誤C P U 強(qiáng) 制 為 S T O PYNNYR U NS T O P 圖 PLC 的運(yùn)行框圖 14 一、輸入采樣階段 PLC 在輸入采樣階段， 首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時(shí)輸入映像寄存器被刷新。接著系統(tǒng)進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。所以一般來說，輸入信號的寬度要大于一個(gè)掃描周期，或者說輸入信 號的頻率不能太高，否則很可能造成信號丟失。 二、 程序執(zhí)行階段 進(jìn)入到程序執(zhí)行階段后，一般來說， PLC 按從左到右的、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， PLC 就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件的當(dāng)前狀態(tài)，然后進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，最新運(yùn)算的結(jié)果馬上再存入到相應(yīng)的元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個(gè)元件的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而刷新。 三、 輸出刷新階段 在用戶程序執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段一起轉(zhuǎn)存到輸 出鎖存器中，通過一定的方式集中輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，在下一個(gè)輸出刷新階段開始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會改變，從而相應(yīng)輸出端子的狀態(tài)也不會改變。 PLC 的 功能特點(diǎn) 一． PLC 鮮明的特點(diǎn) ，可靠性高 針對工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境因素，為提高抗干擾能力， PLC 在硬件和軟件方面都采取了許多措施。主要模塊均采取采用大模塊與超大規(guī)模集成電路， 15 I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施 ；對電源部分采取了很好的調(diào)整和保護(hù)措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施，采用信息保護(hù)和恢復(fù)技術(shù)，實(shí)時(shí)報(bào)警和運(yùn)行信息顯示等，所以這使 PLC 具有很高的抗干擾能力。 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的電子存儲器件完成，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯器件和繁雜的連線軟件被軟件程序取代，所以 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性就大大提高。 ，通用性強(qiáng) 大部分情況下，一個(gè) PLC 主機(jī)就組成一個(gè)控制系統(tǒng)。對于需要擴(kuò)展的系統(tǒng)只要選好擴(kuò)展模塊，進(jìn)過簡單的連接即可。 PLC 控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)性的好處是當(dāng) 控制要求改變時(shí)，需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，只需對程序進(jìn)行簡單的修改，對硬件部分稍作更改即可，而不像繼電器控制系統(tǒng)那樣，在一個(gè)裝配好的控制盤上，對系統(tǒng)進(jìn)行修改幾乎是不可能的事。同一個(gè) PLC 裝置用于不同的控制對象，只是輸入 /輸出組件和應(yīng)用軟件不同。所以說 PLC 控制系統(tǒng)具有極高的柔性，即通用性強(qiáng)。 ，易于使用 PLC 是面向底層用戶的智能控制器，因此其最初的目的就是取代繼電器邏輯，所以在 PLC 誕生之時(shí)，其設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，其編程語言采用可和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中電氣原理圖類似的梯形圖語言。這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門計(jì)算機(jī)知識和語言，只要具有一定的電氣和工藝知識的人員都可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)。 ，成本低 現(xiàn)在 PLC 幾乎可以滿足所有工業(yè)控制領(lǐng)域的需要。 PLC 控制系統(tǒng)可大可小，能輕松完成單片機(jī)控制系統(tǒng)、批量控制系統(tǒng)、制造業(yè)自動(dòng)化中的復(fù)雜邏輯順序控制、流程工業(yè)中大量的模擬量控制，以及組成通信網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理等任務(wù)。 、施工和調(diào)試的周期短 采用 PLC 控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已經(jīng)商 16 品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作 也可以在 PLC 到貨前進(jìn)行，因而縮減了設(shè)計(jì)周期。由于軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，從而縮短了施工周期。因?yàn)镻LC 是通過程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言，且都具有強(qiáng)制和仿真的功能，故程序的設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都很方便，這樣大大縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。 PLC 的輸入 /輸出端子能夠直觀的反映現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，通過編程工具可以直觀地觀察控制程序和控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、 I/O 點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)，極大的方便了維護(hù)人員查找故障，縮短了對 系統(tǒng)的維護(hù)時(shí)間。 二． S7200 的幾個(gè)特性 1)定義掉電保護(hù) S7200 PLC 允許用戶定義掉電保護(hù)區(qū)的地址范圍，這些元件包括： V、M、 C、 T。被定義過的區(qū)間，可以在停電后任然保持存儲器中的數(shù)據(jù)。只有保持型定時(shí)器可以設(shè)為設(shè)為掉電保護(hù)的，對計(jì)數(shù)器和定時(shí)器來說，只有當(dāng)前值可以保持，它們的位不能保持。在默認(rèn)情況下， M 存儲器的前 14 個(gè)字節(jié)是非保持的。 2)立即讀寫 I/O S7200 PLC 提供有立即讀寫物理 I/O 點(diǎn)的指令，使用這些指令可以直接訪問真正的輸入 /輸出點(diǎn)，而不必使用映像寄存器作為源地址和目的地址來訪問I/O。 3)對輸入信號增加濾波器 干擾信號會引起系統(tǒng)的誤操作， S7200 PLC 允許為 CPU 模塊上的輸入點(diǎn)設(shè)置濾波器，并未濾波器定義延遲時(shí)間，延遲時(shí)間從 ~ 可選。延遲時(shí)間可有助于濾除輸入雜波，減少輸入狀態(tài)發(fā)生意外改變的可能性。 4)捕捉窄脈沖 17 S7200 PLC 為 CPU 模塊上的數(shù)字量輸入點(diǎn)提供脈沖捕捉功能，該功能允許 PLC 捕捉到持續(xù)時(shí)間很短的脈沖信號。當(dāng)一個(gè)輸入點(diǎn)設(shè)置了脈沖捕捉功能后，輸入點(diǎn)的狀態(tài)變化被鎖存并一直保持到下一個(gè)掃描采樣階段，這就保證了一個(gè)持續(xù)時(shí)間很短的脈沖 信號能被捕捉到。 5)模擬電位器 模擬電位器位于 CPU 模塊的面板上，有些 CPU 有一個(gè)，有些有兩個(gè)，電位器的標(biāo)定范圍為 0~255。這些電位器可以完成很多功能，如更新定時(shí)器、計(jì)時(shí)器的設(shè)定值、修改限定值等。其特點(diǎn)是成本低、簡單，但不直觀、精度低。 6)高速 I/O S7200 PLC 具有集成的高速計(jì)數(shù)功能，它能夠?qū)ν獠扛咚偈录?jì)數(shù)而不影響 CPU 的性能。 S7200 PLC 也支持高速脈沖輸出功能，其輸出點(diǎn) 和 可形成高速脈沖串輸出或脈寬調(diào)制輸出。 7)設(shè)置停止模式下的輸出值 有些情況下，為了安全等方 面的原因，需要設(shè)置在停止?fàn)顟B(tài)下 PLC的輸出值。 S7200 PLC 允許用戶選擇在 STOP 模式下的輸出狀態(tài)，輸出有數(shù)字量信號和模擬信號之分，對這些輸出信號，可以設(shè)置它們是保持 STOP前的狀態(tài)，還是將已知設(shè)定值傳送到輸出端。 主排水控制系統(tǒng) 排水系統(tǒng)原理 在手動(dòng)控制排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，使排水系統(tǒng)具備手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，達(dá)到智能工作的目的。自動(dòng)控制是指根據(jù)水泵、真空泵以及其它相關(guān)聯(lián)設(shè)備的工作要求設(shè)定程序來自動(dòng)完成控制。而手動(dòng)控制則需要操作員根據(jù)要求，按照一定順序來進(jìn)行水泵及其相關(guān)設(shè)備的 開?？刂?。 18 系統(tǒng)采用 PLC（可編程控制 )為核心，通過采集各種參數(shù)包括水箱水位、壓力、溫度、真空度、電壓、電流等，對水泵的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)接收到來自操作臺的控制命令時(shí)，對水泵等電器設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)、停止等相關(guān)操作，還可以將數(shù)據(jù)傳至上位機(jī)，并通過上位機(jī)對井下排水設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。 具體來說，系統(tǒng)具有以下功能： 。以水泵的工作效率高為標(biāo)準(zhǔn)，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，優(yōu)化排水系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使系統(tǒng)高效運(yùn)行。 ，可以根據(jù)水倉水位的變化，控制開關(guān)閥來控制水泵的工作狀態(tài) 。 ，如電壓、電流、軸溫、出水口壓力等。 ，如高水位警報(bào)和其他故障警報(bào)。 ，根據(jù)不同時(shí)間電費(fèi)的不同結(jié)合礦井的用水量和用電負(fù)荷，合理調(diào)度水泵的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。 ，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、查詢等功能。 系統(tǒng)組成 煤礦 井下主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程控制上位機(jī)、 PLC 控制箱、顯示操作臺、閥門、傳輸光纜、傳感器、交換機(jī)等設(shè)備組成，根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)可分為三層：現(xiàn)場層、控制層和管理層。 19 網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器上位機(jī) 打印機(jī)交換機(jī)光端機(jī) 光端機(jī)光纖接線盒光纖接線盒PLC 控制箱 顯示操作臺三個(gè)防爆攝像儀水泵及相關(guān)聯(lián)設(shè)備地面礦井8 芯光纜控制層現(xiàn)場層管理層 圖 井下主排水系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示，管理層中網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器與井下的防爆攝像儀通過以太網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)對中央住水泵房工作情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。上位機(jī)用于監(jiān)控井下主排水自控系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)與 PLC 控制箱進(jìn)行信息交換，并根據(jù)攝像儀顯示的現(xiàn)場層水 泵及相關(guān)聯(lián)設(shè)備的參數(shù)信息對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制?？刂茖影≒LC 控制箱和顯示操作臺。 PLC 控制箱作為主排水控制中心和數(shù)據(jù)采集中心，用來采集水泵及相關(guān)聯(lián)設(shè)備的運(yùn)行信息，并與管理層的上位機(jī)通過以太網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，對各個(gè)設(shè)備集中監(jiān)控。顯示操作臺由開關(guān)按鈕。指示燈和文本顯示器組成，顯示各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)，并實(shí)施就地控制。水泵相關(guān)聯(lián)設(shè)備主要包括各種傳感器和各種閥門。 離心式水泵排水系統(tǒng) 離心泵排水系統(tǒng)組成部分 離心式水泵排水系統(tǒng)的主要組成部分有：離心式水泵、電動(dòng)機(jī)、起動(dòng)設(shè)備、儀表、管路及管路附件等組成 。 20 圖 離心式水泵工作系統(tǒng)圖 1水倉； 2水泵； 3電動(dòng)閘閥； 4逆止閥； 5射流泵電磁閥； 6靜止水管； 7電機(jī)啟動(dòng)開關(guān)； 8電動(dòng)機(jī)； 9射流泵 射流泵的工作原理 引水設(shè)備一般為真空泵或射流泵。真空泵運(yùn)行效率高，水泵啟動(dòng)快，但需要提供專門的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。射流泵的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，根據(jù)礦井的地下環(huán)境和條件，射流泵的應(yīng)用更為普遍。其結(jié)構(gòu)如 圖 所示。 21 圖 射流泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1噴 嘴； 2吸入室； 3混合管； 4擴(kuò)散管； 5吸水管； 6壓出管 射流泵的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低 工作可靠，無泄漏，無磨損，維護(hù)方便 可綜合利用，兼作反應(yīng)器、混合器等 能量轉(zhuǎn)換效率較低 射流泵具有結(jié)構(gòu)簡單、占地少、安裝容易、工作可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種常用的引水設(shè)備，適合井下排水設(shè)備使用。 啟動(dòng)過程 第一是監(jiān)測水倉的水位，當(dāng)水倉的水位達(dá)到設(shè)置的水位標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通過控制射 流泵的電磁閥線圈，打開噴射泵為離心式水泵注水。射流泵的工作會導(dǎo)致水泵入口處的真空度增加，離心泵的腔體會在大氣壓的作用下被配水井中的水注滿，當(dāng)水泵入口處的真空度達(dá)到要求后，水泵機(jī)組的電動(dòng)機(jī)觸電接通使水泵被開啟